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          固態(tài)繼電器在全新風(fēng)機(jī)組中的應(yīng)用

          2016-11-7  瀏覽:次
          [固態(tài)繼電器在全新風(fēng)機(jī)組中的應(yīng)用]:摘 要:本文介紹了應(yīng)用固態(tài)繼電器及可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)的控制全新風(fēng)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的方法。使用這種方法設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)在有效控制機(jī)組的這風(fēng)溫度的同時(shí)大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞:固態(tài)繼電器;全...

            摘 要:本文介紹了應(yīng)用固態(tài)繼電器及可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)的控制全新風(fēng)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的方法。使用這種方法設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)在有效控制機(jī)組的這風(fēng)溫度的同時(shí)大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。  

            關(guān)鍵詞:固態(tài)繼電器;全新風(fēng)系統(tǒng);可編程邏輯控制器;脈寬調(diào)制;占空比;導(dǎo)通角  

            1 控制空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的原因  

            在傳統(tǒng)的采用單元式空調(diào)機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)中,其風(fēng)系統(tǒng)通常都是一個(gè)循環(huán)的系統(tǒng)??諝饨?jīng)空調(diào)機(jī)組處理后由送風(fēng)管送到受控環(huán)境,與受控環(huán)境的空氣混合后再由回風(fēng)管回到空調(diào)機(jī)組。如果其中對(duì)空氣品質(zhì)有一定的要求,則在空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口再引入定量的新風(fēng),再在受控環(huán)境的出風(fēng)口將定量的空氣經(jīng)排風(fēng)管排走即可。這種情況下對(duì)受控環(huán)境的溫度控制通常是控制空調(diào)機(jī)的回風(fēng)溫度,其控制方法已非常成熟。  

            然而,在某些特定的使用環(huán)境如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)艙等地方,由于空氣流過(guò)受控環(huán)境后會(huì)變得有毒或有異味,不能再循環(huán)利用,必須全部排走。這時(shí)的風(fēng)系統(tǒng)里面就沒(méi)有了回風(fēng)的部份,稱為全新風(fēng)系統(tǒng)。全新風(fēng)系統(tǒng)中如果受控環(huán)境特別小,而風(fēng)量又很大,即換氣次數(shù)特別多,在這種情況下對(duì)它的溫度控制就只能是控制空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)溫度。  

            2 控制空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的難點(diǎn)  

            采用壓縮機(jī)制冷的空調(diào)機(jī)組要控制它的送風(fēng)溫度,主要存在如下難點(diǎn):  

            首先,實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制精度要求較高,一般要求溫度精度波動(dòng)范圍為±1℃ ,甚至是±0.5℃ 。這樣的要求即使在全回風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)中,也要費(fèi)很多的功夫才能做到。  

            其次,單元式空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)是一個(gè)典型的開(kāi)關(guān)部件,而出于成本及制造工藝方面的考慮,單元式空調(diào)機(jī)組通常只配一至兩個(gè)的壓縮機(jī),這使得壓縮機(jī)運(yùn)行與停機(jī)時(shí)的送風(fēng)溫度相差達(dá)10℃ 以上。并且,由于制冷系統(tǒng)壓力平衡和回油的需要,壓縮機(jī)的運(yùn)行和停機(jī)都有嚴(yán)格的時(shí)間限制。所以,單元式空調(diào)機(jī)組單純靠壓縮機(jī)制冷來(lái)控制送風(fēng)溫度幾乎無(wú)法做到。這也是從前的空調(diào)系統(tǒng)在需要控制送風(fēng)溫度時(shí)極少選用單元式柜機(jī)而多用制冷量連續(xù)可調(diào)的冷水機(jī)組加末端的主要原因。  

            要解決上述難點(diǎn),其關(guān)鍵是要盡量使單元式空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間地保持穩(wěn)定的狀態(tài),同時(shí)用其他連續(xù)可調(diào)的控制方法對(duì)制冷量(或加熱量)進(jìn)行微調(diào),才能有效地對(duì)空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)溫度進(jìn)行控制。  

            3 用固態(tài)繼電器及PLC 實(shí)現(xiàn)的送風(fēng)溫度控制  

            3.1 控制系統(tǒng)的工作原理  

            對(duì)于單元式空調(diào)機(jī)組而言,由于前面提到的壓縮機(jī)控制上的缺陷,要對(duì)壓縮機(jī)的制冷量進(jìn)行微調(diào)不太現(xiàn)實(shí)。因此,只能從機(jī)組的另一可進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的部件—— 加熱器處入手。如果可以通過(guò)加熱器進(jìn)行熱補(bǔ)償,抵消壓縮機(jī)多余的冷量,那么就可以達(dá)到對(duì)制冷量進(jìn)行微調(diào)的目的?;谶@個(gè)理論,人們開(kāi)始應(yīng)用可控硅功率調(diào)節(jié)器通過(guò)導(dǎo)通角的變換來(lái)控制電加熱器的輸入功率,進(jìn)入加熱量的調(diào)節(jié)。但是可控硅功率調(diào)節(jié)器自身的發(fā)熱量大,需要大型的散熱片和專用的散熱風(fēng)扇,因而體積較大而且成本通常比較高,達(dá)到500元/kW 左右。  

            通過(guò)對(duì)加熱器的深入研究我們發(fā)現(xiàn),單元式空調(diào)機(jī)組通常使用的是電阻式加熱器。電阻式加熱器的加熱功率與輸入功率的關(guān)系為   Q=kP 公式(1)  

            上式中的k為常數(shù)值,表示加熱器的效率。  

            而電加熱器的輸入功率與輸入電壓之間的關(guān)系式  
            公式(2)  

            上式中的R[固態(tài)繼電器在全新風(fēng)機(jī)組中的應(yīng)用]:摘 要:本文介紹了應(yīng)用固態(tài)繼電器及可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)的控制全新風(fēng)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度的方法。使用這種方法設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)在有效控制機(jī)組的這風(fēng)溫度的同時(shí)大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞:固態(tài)繼電器;全...

          值是加熱器的電阻值,為常數(shù)。  

            綜合上述2個(gè)公式,我們可以得下式   Q∝(U) 公式(3)  

            也就是說(shuō),電阻式加熱器的加熱功率是加載在電阻兩端的電壓值U的函數(shù)。  

            由于交流電信號(hào)在加載到電阻性負(fù)載上時(shí)等同于電壓值為其有效值的直流信號(hào)。而以固定的頻率開(kāi)斷該電流信號(hào)時(shí),輸出電壓的有效值與其占空比(即接通時(shí)間與波長(zhǎng)時(shí)間之比)成正比例關(guān)系。因此當(dāng)單元式空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)長(zhǎng)期處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)(即長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行或長(zhǎng)時(shí)間地停機(jī))時(shí),只要想辦法改變加載在電加熱器兩端的電壓信號(hào)的占空比,就能做到微調(diào)空調(diào)機(jī)組的加熱量(或制冷量)。  

          [$page]  3.2 固態(tài)繼電器的工作原理  

            交流固態(tài)繼電器SSR(Solid state relays)是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)關(guān),為四端有源器件。其中兩個(gè)端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號(hào),輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無(wú)信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)),從而控制較大負(fù)載。整個(gè)器件無(wú)可動(dòng)部件及觸點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用的機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能。由于固態(tài)繼電器是由固體元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件,所以與電磁繼電器相比具有工作可靠、不受開(kāi)關(guān)壽命限制.對(duì)外界干擾小,能與邏輯電路兼容、抗干擾能,0強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。另外,固態(tài)繼電器的成本較低,用于15kW 加熱器的固態(tài)繼電器成本大約1000元。只有可控硅功率調(diào)節(jié)器的成本十分之一。  

            3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成及工作過(guò)程  

            控制系統(tǒng)的主控制器采用德國(guó)西門子公司的S7—224型PLC,因?yàn)橐c固態(tài)繼電器的輸入信號(hào)匹配,因此PLC的數(shù)字量輸出點(diǎn)必須是直流輸出型而不能用繼電器輸出型。S7—224屬于小型PLC,共有14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。其中第1和第2個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)可作脈寬調(diào)制(PWM)輸出。實(shí)際應(yīng)用中我們把第2個(gè)輸出點(diǎn)用作電加熱器的控制。人機(jī)界面選用西門子公司的TD200文本顯示器。該型號(hào)顯示器可同屏顯示2X20字符,帶背景光并支持中文顯示。  

            溫度變送器選用兩個(gè)抗干擾能力較強(qiáng)的電流型變送器,分別置于空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)口及回風(fēng)口。溫度變送器的輸出信號(hào)經(jīng)模擬量模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字化的溫度數(shù)據(jù)讀入到PLC中。電加熱器主電路的通斷控制用固態(tài)繼電器替代通常的交流接觸器。  

            主控制器根據(jù)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)溫度與設(shè)定送風(fēng)溫度的偏差值控制壓縮機(jī)的開(kāi)停機(jī),作為送風(fēng)溫度的粗調(diào)。其目的是使空氣到達(dá)加熱器前的溫度略低于設(shè)定的送風(fēng)溫度。為了使壓縮機(jī)不會(huì)頻繁啟停,壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)溫度與停機(jī)溫度之間的溫度差設(shè)定了一個(gè)較大的值。而加熱器的作用則是對(duì)出風(fēng)溫度進(jìn)行微調(diào)。設(shè)定送風(fēng)溫度和實(shí)測(cè)送風(fēng)溫度這兩個(gè)溫度值用作一個(gè)PID回路運(yùn)算的輸入,PID運(yùn)算的結(jié)果則用于加熱器輸出點(diǎn)的PWM輸出控制,以控制固態(tài)繼電器的 得到了用戶的一致好評(píng)。通斷動(dòng)作??刂栖浖牧鞒虉D參見(jiàn)圖1。  

            4 結(jié)束語(yǔ)  

            本系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器及固態(tài)繼電器進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,響應(yīng)速度快,自動(dòng)化程度高,以較低的投資成本達(dá)到了控制空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度的目的。一臺(tái)5HP的單元式空調(diào),應(yīng)用此方案重新設(shè)計(jì)后,在重慶某汽車生產(chǎn)廠的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)近兩年的現(xiàn)場(chǎng)使用,送風(fēng)溫度的精度可控制在±0.5cc以內(nèi)。并且運(yùn)行穩(wěn)定,操作方便。

            參考文獻(xiàn):  

            [1]德國(guó)西門子公司.SIMATIC S7—200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)[M].2002.  
            [2]吳金宏,吳吳.S/HS固態(tài)繼電器原理與應(yīng)用[J].世界電子元器件第l期。

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